(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
６軸ロボットにより作動されるシミュレーションコックピット（３）の形態を有する乗り物シミュレータの安全用途のための装置であって、
ａ）  許可された者にだけ開かれ、複数の安全装置を有するアクセス領域と、
ｂ）  前記乗り物シミュレータの動作領域の各位置まで走行レール（１４）上を移動可能であり、救助プラットフォーム（２５）と、ガードレール（２４）と、救助滑り台（２６）を有する救助ユニット（１３）と、
ｃ）  前記動作領域の全体にわたって設置され、前記コックピット（３）の動作領域の全体に拡がる衝撃吸収面と、
ｄ）  複数の平面で構成された投影面（３３，３４）
を備えた装置。
【請求項２】
コックピット（３）は単一の６軸ロボット及び少なくとも２つの６軸ロボットのいずれかによって動作されるプラットフォーム（３２）に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アクセス領域は、少なくとも１つの監視センサ（１１）によって保護された少なくとも１つのアクセス扉と、人の入場及び／又は入場した人の体重に関するセンサによって監視された乗降階段（６）で構成され、前記アクセス扉は前記乗降階段（６）に誘導することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記動作領域に設置された衝撃吸収面は、複数のエアバッグ状装置の被覆により構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
ロボットの部品における切迫した故障は、音響的及び／又は光学的手段によって検出され、電気システムにおける故障は煙検出手段によって検出され、前記故障はプログラム実行中に考慮されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
所定の欠陥表示又は異物表示がなされたときに、警報が発生されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記乗降階段（６）の全ての段はセンサ層を備え、誰かが乗り物シミュレータに接近したことを制御装置に指摘することを特徴とする請求項３又は請求項３を引用する請求項４乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記乗降階段（６）の１又は複数の段に設けられたセンサで、前記乗り物シミュレータに乗り込もうとする人の重量又は質量を測定することを特徴とする請求項３又は請求項３を引用する請求項４乃至７のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗り物シミュレータの利用者用安全システムを操作するための装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
異なった複数の乗り物を使用するための教習において必要とされる教習プロセスを短縮するために、また、実際問題として、そのようなプロセスの初期段階におけるリスク及び訓練に関連するリスクを小さくするために、近年、適切なシミュレータの用途の増加がなされている。
【０００３】
このような目的のために、例えばDE 10 2008 023 955 B4は、航空機、陸上車両又は船舶に関連する出来事や行為をシミュレートする方法及びそれに対応したシミュレーションシステムを開示している。この発明の潜在的な目的は、データ処理に起因する待ち時間は補償されるべきであるということを意図して、動作させるために必要なデータはリアルタイムでないシミュレーションプログラムによってのみ提供されるにもかかわらず、シミュレーション装置をリアルタイムに動作させることにある。
【０００４】
ここで、「リアルタイム」という語句は、現実の世界における行為によって実際に必要とされる時間を意味する。また、「リアルタイム」という語句は、プログラム又は制御装置の特定の速さや処理能力を意味するものではなく、その代わりに、その間にシステムが反応しなければならない時間フレームのみを定義する。「待ち時間」という語句は、ある動作から期待された反応が生じるまでの時間、いわゆる遅延時間を意味する。
【０００５】
この特許において保護されている本質的な特徴は、ちょうどいいタイミングでデータを受領できなかったときに生じるデータの隙間は、経験値からのデータ又は前に実行されたシミュレーションプログラムからのデータによって埋められ、これらのデータはリアルタイムシミュレーション装置の動作制御装置に伝送されるという事実に対して保護が与えられている［００４６］。乗り物シミュレータの利用者のための安全システムの動作については示唆されていない。
【０００６】
さらに、DE 600 20 466 T2は、高速で、且つ、高加速で４自由度を有する可動板を動かすという目的、及び高い度合いの剛性と精度を有する可動板の位置決めするという目的を達成する、４自由度を有する「パラレルロボット」を開示している。ここで、「パラレルロボット」という語句は、多数のアクチュエータが平行に配列されたロボットを指すために用いられ、そのようなロボットは、例えば自動車用の走行シミュレータに使用することができる。
【０００７】
この文献において、先行技術に関して、６自由度を有するパラレルロボットに言及しており、これらは、例えばUS 5 333 514及びUS 5 715 729に開示されたフライトシミュレータに用いられる。
【０００８】
DE 600
20 466 T2で述べられた目的を達成するために、パラレルリンケージ（３）、可動プラットフォーム（４）、連結部品（４２）及び運動要素（３３）の特定の配置からなるパラレルロボットが記載されている。この公報は、乗り物シミュレータの利用者のための安全システムについては言及していない。
【発明の開示】
【０００９】
それゆえ、本発明に係る装置及びそれに関連する方法の潜在的な目的は、乗り物の操作知識を得るだけでなく、技術的な障害又は事故が発生した場合に、乗り物シミュレータの利用者の安全を図ることを念頭に置いた装置及び方法を提案することにある。
【００１０】
本発明の目的は、請求項１に記載された装置によって達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は乗り物シミュレータの斜視図を示す。
【図２】図２は本発明に係る装置の平面図を示す。
【図３】図３は本発明に係る安全システムの正面図を示す。
【図４】図４は本発明に係る安全システムの側面図を示す。
【図５】図５は本発明に係る安全システムの床構造の平面図を示す。
【図６】図６は大型の乗り物のコックピット用の特別な設計を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る装置について、以下に詳細に説明する。図１は、使用されていない状態における乗り物シミュレータの斜視図を示す。乗降のために開くことができるコックピット上部２を有する乗り物のコックピット３は、乗り物訓練生の指示及びシミュレーションプログラムに規定された応答に応じて、座面が固定されたロボットアーム１によって三次元的に所望するように動かされる。使用されていない状態では、コックピット３は、乗り込み装置５の頂上部である減衰層４の上に支持されており、前記層は、コックピットの裏面の輪郭に適合するように形成されている。乗降のために最上段が広く形成されている乗降用階段６は、それぞれ両側からコックピット３の乗降領域の高さまで誘導する。図示された全ての段は、センサ層７を備えて両側に設けられており、誰かが乗降装置５の上に登ると、直ちに、乗り物シミュレータへの接近をシステム全体の制御装置に指摘する。
【００１３】
一つの実施形態において、乗り物シミュレータに乗り込もうとする各人の重量又は質量を測定するために、（特に図示していないが）特殊なセンサが１又は複数の段に設けられている。このようにして、システム全体の制御装置は、コックピット３を加速し動かすために、ロボットによって加えられるべき力を推定する目的のための追加の情報を入手する。それによって、シミュレーションプログラムによって誘起され、人と機械に掛かる荷重のピークを現実的に推定することができるので、乗り物シミュレータの運用上の安全性が高くなる。
【００１４】
利用者が座席に着席したか否か及びシートベルトを着用したか否かを、コックピット３中の各座席及び各シートベルトの複数のセンサによって通知されることが制御プログラムにとってさらに重要である。登場過程及びコックピットが正しく閉じられたこともまた、センサによってモニタされなければならない。
【００１５】
図２は、本発明に係る装置の平面図を示す。乗り物シミュレータの作動領域は、破線で表された角度範囲８という形で示される。この平面図において、ロボットアーム１と、乗降階段６の領域にあるコックピット３への連結構造を見ることができる。図２において、使用されるロボットの台座は、符号１２で表される。
【００１６】
ロボットアーム１の延長部分を形成する場所において、旋回リング１７が、救助ユニット１３の走行レール１４と共に、台座１２の周囲に同心円状に設けられていることがわかる。図４は救助ユニット１３の使用に関する側面図を示す。この図では、２つの出入口の扉１０によってのみ遮断されている安全囲い９が、搭乗領域及び動作領域の全体を取り囲んでいることを示している。安全囲い９の全ての角に監視センサ１１が設置されている。これらの監視センサ１１は、それぞれ双方向に光を出力する光学センサとして設計することができ、監視されるべき領域に対して光バリヤとしての機能を有する。ここで、使用される光の波長領域は、可視光から赤外線まで拡張することができる。
【００１７】
図２の下側の領域において、符号３３で表された投影面Ａ及び符号３４で表された投影面Ｂは、例示の目的のために、上方からの断面として描かれている。ここで、投影面３４は、曲げが１箇所しかない投影壁の最もシンプルな場合を表している。投影面３３は、２箇所の曲げを有する投影壁を表している。いずれの場合も、同様に投影面として機能する上面は描かれていない。使用される投影方法に関する基本的な説明(remarks)は、この明細書の最後で述べる。
【００１８】
図３は、本発明に係る安全システムの正面図を示す。正面に図示されたロボットアーム１、乗り物のコックピット３、減衰層４、乗降装置５及び乗降階段６に加えて、左側の出入口の扉１０及び安全囲い９が、この図では具体的に示されている。さらに、各角に取り付けられた監視センサ１１の内の１つが具体的に示されている。
【００１９】
図４は、本発明に係る安全システムの側面図を示す。ロボットの台座１２及びロボットアーム１の旋回リング１８に加えて、符号１９で示された第１関節、符号２０で示された第２関節、符号２１で示された第３関節、符号２２で示された第４関節、符号２３で示された第５関節、及びコックピット３の連結金具が、この順番に描かれている。さらに、図２において上方から描かれた救助ユニット１３の旋回リング１７が、ロボットアームの旋回リング１８と同軸に描かれている。
【００２０】
救助ユニット１３はキャリッジ１５の上に設置され、走行レール１４に沿ってその使用位置まで移動される。この目的のために必要とされる駆動源は、わかりやすくするために、ここでは省略されている。救助ユニット１７の旋回リング１７についても同様である。さらに、救助ユニット１７は、ガードレール２４により全周を保護された救助プラットフォーム２５を昇降させるための昇降ユニット２７で構成されている。救助プラットフォーム２５からの降下は、昇降ユニット２７を下降させるか、緊急の場合は救助滑り台２６によって行われる。図４の場合、符号１６で示された床には、「エアバッグ装置」と同等の機能を有する複数の領域が配置されている。このことは、図５に、より詳細に描かれている。
【００２１】
図４の右側には、側面から投影面３３が描かれている。使用される投影方法に関する基本的な説明は、この明細書の最後で述べる。
【００２２】
図５は、本発明に係る安全システムの床構造１６の平面図を示す。そこに示された複数の円形の領域は特別な安全領域２８を表しており、例えば、自動車におけるエアバッグの場合と同様に、上方からの衝撃を減衰させるために、人や機械による衝撃の危険性があるときに、前記領域のそれぞれからエアバッグを膨張させることができる。所要のセンサ（図示せず）がそれぞれ円形の領域の一部分に配置されており、落下物の急速な接近を検出し、エアバッグを膨張させるときにトリガとして用いられる。必要とされる保護は、膨張した状態におけるエアバッグの領域及びロボットアーム１の動作領域に依存しており、コックピット３と相互作用することが期待され及び／又は技術的に可能である。
【００２３】
図６は、大型の乗り物のコックピット３用の本発明に係る特別な設計を示す。この設計において、ロボットアーム１は、全部で３つのロボットからなるロボットアームに置き換えられている。このようにすれば、乗り物のコックピットの重量は、プラットフォーム３２を介して乗り物のコックピット３を連帯して支えている３つのロボットアーム２９、３０及び３１に分散される。ここで、好適な長さの走行レール１４及びキャリッジ１５を備えた救助ユニット１３の旋回リング１７は、ロボット２９に配置されている。３つのロボット間の相互作用の代わりに、場合によっては２つのロボットの相互接続であっても十分である。
【００２４】
予測不可能なロボットの故障、ひいては本発明に係る乗り物シミュレータの利用者に対する危険な状況を引き起こす機械部品を損傷から確実に保護する手段として、音響検出及び特徴的な機械ノイズの評価を用いることができる。産業ロボットの動作中に生じる通常のノイズのスペクトルを音響センサにより記録し、参照データとして用いる。ここでは、空中のノイズ信号及び構造のノイズ信号のいずれも好ましい。もしも、ノイズがそのようなロボットの動作中に生じる通常の周波数帯域及び／又はノイズレベルを超えているならば、そのことは電気的な分析回路によって検出され、システム全体の制御装置に報告される。このようにして検出された逸脱の程度に応じて、次に一定の条件が満たされたときにシステム全体をスイッチオフしたり、あるいは次に使用されている間に適当な追加の検査を実行したりする必要があるかもしれない。
【００２５】
他の具体例として、早期の故障を音響的にだけで検出するには非常に困難を伴うベルト状の変速部品を用いた駆動の場合において、光学センサの使用を準備することができる。そのようなセンサを備えていれば、部品の異常なはためきや許容量を超えた振動を検出し、記録することができる。もしも、異常な値が測定された場合、音響的に検出された故障の場合と同様に、同じ対策がとられなければならない。
【００２６】
乗り物シミュレータの電気部品へのダメージは、システム全体の好ましくなく、特に、予測できない故障につながる。そのようなダメージは、しばしば煙という形で明らかになるので、具体例として、目視できる煙の発生を検出するセンサがこのシステムの関連各所に設けられている。さらに、電源の故障に備えて、緊急事態発生装置及び予備電池が設けられている。
【００２７】
典型的な動作シーケンスを以下の１９ステップに示す。
【００２８】
利用者のための安全光を考慮に入れた、本発明に係るシミュレータの動作のための方法の各ステップは、
【００２９】
１．待機状態
センサ、動作領域（オン）
センサ、乗降領域（オン）
センサ、入場ゲート（オン）
センサ、天蓋（オン）
センサ、座席（オン）
光（赤）
【００３０】
２．個人ＩＤ
センサ、動作領域（オン）
センサ、乗降領域（オン）
センサ、入場ゲート（オン）
センサ、天蓋（オン）
センサ、座席（オン）
光（赤）
【００３１】
３．駐機、動作待機
センサ、入場ゲート（オフ）
センサ、乗降領域（オフ）
センサ、動作領域（オン）
センサ、天蓋（オン）
センサ、座席（オン）
光（緑）
【００３２】
４．搭乗アクセス、ゲート解錠、ゲート閉め
センサ、入場ゲート（オフ）
センサ、乗降領域（オフ）
センサ、動作領域（オン）
センサ、天蓋（オン）
センサ、座席（オン）
光（緑）
【００３３】
５．天蓋開、搭乗
センサ、入場ゲート（オン）
センサ、乗降領域（オフ）
センサ、動作領域（オン）
センサ、天蓋（オフ）
センサ、座席（オフ）
光（緑）
【００３４】
６．ベルト締め
センサ、入場ゲート（オン）
センサ、乗降領域（オン）
センサ、動作領域（オン）
センサ、天蓋（オフ）
センサ、座席（オン）
光（緑）
【００３５】
７．天蓋閉
センサ、入場ゲート（オン）
センサ、乗降領域（オン）
センサ、動作領域（オン）
センサ、天蓋（オン）
センサ、座席（オン）
光（赤）
【００３６】
８．動作位置調節
センサ、入場ゲート（オン）
センサ、乗降領域（オン）
センサ、動作領域、周囲のフェンス、（オン）
センサ、天蓋（オン）
センサ、座席（オン）
光（赤）
【００３７】
９．シミュレーション開始
センサ、入場ゲート（オン）
センサ、乗降領域（オン）
センサ、動作領域、周囲のフェンス、（オン）
センサ、天蓋（オン）
センサ、座席（オン）
光（赤）
【００３８】
１０．シミュレーション終了
センサ、入場ゲート（オン）
センサ、乗降領域（オン）
センサ、動作領域、周囲のフェンス、（オン）
センサ、天蓋（オン）
センサ、座席（オン）
光（赤）
【００３９】
１１．駐機位置に復帰
センサ、入場ゲート（オン）
センサ、乗降領域（オン）
センサ、動作領域、周囲のフェンス、（オン）
センサ、天蓋（オン）
センサ、座席（オン）
光（赤）
【００４０】
１２．駐機位置
センサ、入場ゲート（オン）
センサ、乗降領域（オン）
センサ、動作領域、周囲のフェンス、（オン）
センサ、天蓋（オン）
センサ、座席（オン）
光（赤）
【００４１】
１３．天蓋解錠、開
センサ、入場ゲート（オン）
センサ、乗降領域（オン）
センサ、動作領域、周囲のフェンス、（オン）
センサ、天蓋（オフ）
センサ、座席（オフ）
光（赤）
【００４２】
１４．ベルト開放、降下
センサ、入場ゲート（オン）
センサ、乗降領域（オン）
センサ、動作領域、周囲のフェンス、（オン）
センサ、天蓋（オフ）
センサ、座席（オフ）
光（赤）
【００４３】
１５．天蓋閉
センサ、入場ゲート（オフ）
センサ、乗降領域（オフ）
センサ、動作領域、周囲のフェンス、（オン）
センサ、天蓋（オン）
センサ、座席（オフ）
光（緑）
【００４４】
１６．乗降領域からの退去、ゲート開、扉閉
センサ、入場ゲート（オフ）
センサ、乗降領域（オフ）
センサ、動作領域、周囲のフェンス、（オン）
センサ、天蓋（オン）
センサ、座席（オン）
光（緑）
【００４５】
１７．乗降領域から離反、ゲート閉
センサ、入場ゲート（オン）
センサ、乗降領域（オン）
センサ、動作領域、周囲のフェンス、（オン）
センサ、天蓋（オン）
センサ、座席（オン）
光（赤）
【００４６】
１８．待機
センサ、入場ゲート（オン）
センサ、乗降領域（オン）
センサ、動作領域、周囲のフェンス、（オン）
センサ、天蓋（オン）
センサ、座席（オン）
光（赤）
【００４７】
１９．スイッチオフ、緊急用システムの電池充電
センサ、入場ゲート（オン）
センサ、乗降領域（オン）
センサ、動作領域、周囲のフェンス、（オン）
センサ、天蓋（オン）
センサ、座席（オン）
光（赤）
【００４８】
乗り物シミュレータの一つの重要な部品は、利用者に対して、その利用者が彼のエンジンレスポンスにマッチしなければならない現実感をシミュレートする投影面である。従来の投影方法は、しばしば湾曲した投影面を用いており、各部分領域に対して複雑な制御装置及び高価なプロジェクタを必要とするだけでなく、そのような湾曲した面全体を保持するための重くて高価な保持装置を必要とする。この種の大面積保持構造は、しばしば必要とされる安定性を節約されるので、それ自体ですでに危険であることを表している。それゆえ、本発明に係る自律安全システムは、平らで、曲げ剛性が高く、軽量な複数の面からなる投影面を用いている。最もシンプルな場合、空をシミュレートするための、あたかも蓋となるような他の一面で覆われた、好適な角度で隣接する２つの垂直な投影面とすることができる。この場合に形成される隣接する２つの面部材の隣接する縁は正確に決められるので、プログラムの観点からは、比較的簡単に制御することができる。また、これらの隣接する縁を表す照明点は非常に小さく、それゆえ、対応する過渡領域は、画像全体の中では目立たない。このように構成された投影面用の保持装置は、比較的軽量であるので、より安全性が高まる。
【００４９】
複雑な動作処理の制御及び使用されるセンサの信号処理は、特別な制御プログラムを必要とする。
【符号の説明】
【００５０】
１  ロボットアーム
２  コックピット上部
３  コックピット
４  コックピット用の取り付け層
５  乗降装置
６  乗降階段
７  センサ層
８  乗り物シミュレータの動作領域
９  安全囲い
１０  入場扉
１１  監視センサ
１２  ロボット１の台座
１３  救助ユニット
１４  救助ユニットの走行レール
１５  救助ユニットのキャリッジ
１６  エアバッグ装置を備えた床
１７  救助ユニットの旋回リング
１８  ロボットアームの旋回リング
１９  ロボットアームの第１関節
２０  ロボットアームの第２関節
２１  ロボットアームの第３関節
２２  ロボットアームの第４関節
２３  ロボットアームの第５関節
２４  救助プラットフォームのガードレール
２５  救助プラットフォーム
２６  救助滑り台
２７  救助プラットフォームの昇降ユニット
２８  安全領域
２９  第１ロボット
３０  第２ロボット
３１  第３ロボット
３２  プラットフォーム
３３  投影面Ａ
３４  投影面Ｂ
【図１】
0005685323.tif 000002
【図２】
0005685323.tif 000003
【図３】
0005685323.tif 000004
【図４】
0005685323.tif 000005
【図５】
0005685323.tif 000006
【図６】
0005685323.tif 000007